JPS5820504B2 - コタイサツゾウソウチ - Google Patents
コタイサツゾウソウチInfo
- Publication number
- JPS5820504B2 JPS5820504B2 JP50094576A JP9457675A JPS5820504B2 JP S5820504 B2 JPS5820504 B2 JP S5820504B2 JP 50094576 A JP50094576 A JP 50094576A JP 9457675 A JP9457675 A JP 9457675A JP S5820504 B2 JPS5820504 B2 JP S5820504B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charge
- shift register
- photoelectric conversion
- state imaging
- solid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電荷結合素子の原理を応用した固体撮像装置に
関する。
関する。
電荷結合素子（以下ＣＣＤと略す）は今や一般的な名称
であり、半導体基板の一表面上を被覆した絶縁膜上に形
成した電極アレイに適当な方法で電圧を印加することに
よって半導体基板（蓄積媒体）中に電荷を蓄積し、かつ
転送する装置を指す。
であり、半導体基板の一表面上を被覆した絶縁膜上に形
成した電極アレイに適当な方法で電圧を印加することに
よって半導体基板（蓄積媒体）中に電荷を蓄積し、かつ
転送する装置を指す。
蓄積媒体中に電荷を発生させる手段として、フォトン吸
収により蓄積媒体中に電子−正孔対を発生させた場合、
蓄積される電荷の量は入射光の強弱に応じて変化する。
収により蓄積媒体中に電子−正孔対を発生させた場合、
蓄積される電荷の量は入射光の強弱に応じて変化する。
従つ忙光学像の形成される位置にこのＣＣ’Ｄを置けば
光学像に対応した電荷の像が得られ、かつこの電荷像を
転送して読み出すことにより光学像を電気信号として取
り出すことができる。
光学像に対応した電荷の像が得られ、かつこの電荷像を
転送して読み出すことにより光学像を電気信号として取
り出すことができる。
すなわち固体撮像装置として利用することができる。
現在電荷結合素子の原理を利用した固体撮像装置は１個
の電極アレイのみによって構成することも可能であるが
、この場合には電荷の蓄積と転送を同一電極アレイで交
互に行わなければならない。
の電極アレイのみによって構成することも可能であるが
、この場合には電荷の蓄積と転送を同一電極アレイで交
互に行わなければならない。
従って撮像動作中の転送期間だけＣＣＤに光の当らない
ようにすることは不可能なので転送期間中の入射光によ
って解像度の劣化を生ずる。
ようにすることは不可能なので転送期間中の入射光によ
って解像度の劣化を生ずる。
この問題を解決する手段として固体撮像装置を２個の電
極列によって構成することが提案され実用化されつつあ
る。
極列によって構成することが提案され実用化されつつあ
る。
該２個の電極列によって固体撮像装置が構成される場合
、一方の電極列は光電変換素子アレイ（以下センサーア
レイと記す）として動作し、他の一方の電極列は電荷蓄
積転送電極列（以下シフトレジスターと記す）として動
作する。
、一方の電極列は光電変換素子アレイ（以下センサーア
レイと記す）として動作し、他の一方の電極列は電荷蓄
積転送電極列（以下シフトレジスターと記す）として動
作する。
このような固体撮像装置ではセンサーアレイ下に光学像
に対応して蓄積された１フレ一ム全体の電荷は急速にセ
ンサーアレイからシフトレジスターの蓄積電極下に転送
される。
に対応して蓄積された１フレ一ム全体の電荷は急速にセ
ンサーアレイからシフトレジスターの蓄積電極下に転送
される。
次に電荷はシフトレジスター下を転送され電荷検出素子
によって読み出され、一方この読み出し期間中に次のフ
レームとしての電荷がセンサーアレイ下に蓄積される。
によって読み出され、一方この読み出し期間中に次のフ
レームとしての電荷がセンサーアレイ下に蓄積される。
第１図は上述のようなセンサーアレイとシフトレジスタ
ーを別々の電極アレイによって構成した固体撮像装置の
一例を示す。
ーを別々の電極アレイによって構成した固体撮像装置の
一例を示す。
図は構成模式図によって示されており図中１１はチャン
ネルストッパーによって空間的に区分された電位ウェル
から成るｎ個の光電変換素子によって構成されるセンサ
ーアレイを、１２はセンサーアレイからシフトレジスタ
ーへ電荷を転送するための電荷転送ゲートを、１３はｎ
素子の２相ＣＣＤによって構成されたシフトレジスター
を、１４はバイアスチャージ入力のための入力回路を、
１５は信号電荷を読み出すための電荷検出素子を示す。
ネルストッパーによって空間的に区分された電位ウェル
から成るｎ個の光電変換素子によって構成されるセンサ
ーアレイを、１２はセンサーアレイからシフトレジスタ
ーへ電荷を転送するための電荷転送ゲートを、１３はｎ
素子の２相ＣＣＤによって構成されたシフトレジスター
を、１４はバイアスチャージ入力のための入力回路を、
１５は信号電荷を読み出すための電荷検出素子を示す。
またφ０．φ２はシフトレジスター駆動のための、φＴ
ｒは電荷転送ゲート駆動のためのクロックラインを示す
。
ｒは電荷転送ゲート駆動のためのクロックラインを示す
。
第１図に示すように固体撮像装置では１１のセンサーア
レイを構成する光電変換素子の１素子の受光面積、平面
形状、並びに隣接素子との間隔はセンサーの用途によっ
て規定される。
レイを構成する光電変換素子の１素子の受光面積、平面
形状、並びに隣接素子との間隔はセンサーの用途によっ
て規定される。
一方、シフトレジスターはその転送効率の大小が固体撮
像装置の特性を大きく支配するといえるが、その電極形
状は光電変換素子の形状との関連によって決まる。
像装置の特性を大きく支配するといえるが、その電極形
状は光電変換素子の形状との関連によって決まる。
シフトレジスターの一段当りの電荷の転送される割合を
転送効率ηで表し、前段に取り残される電荷の割合をε
で表わすと の関係が成立することは知られている。
転送効率ηで表し、前段に取り残される電荷の割合をε
で表わすと の関係が成立することは知られている。
前記（１）式中μは電荷の易動度、ｔは転送時間、■Ｇ
は電極印加電圧、Ｌは一段当りの電荷の転送される距離
を示す。
は電極印加電圧、Ｌは一段当りの電荷の転送される距離
を示す。
これら諸量の中でμ・ｔ・■Ｇ等は各々電荷蓄積媒体と
して用いられる半導体材料の特性並びにシフトレジスタ
ーの駆動方式によって決まる量であるがＬのみはシフト
レジスターを構成するＣＣＤの電極の平面形状によって
規定される。
して用いられる半導体材料の特性並びにシフトレジスタ
ーの駆動方式によって決まる量であるがＬのみはシフト
レジスターを構成するＣＣＤの電極の平面形状によって
規定される。
光電変換素子の形状が決定され、さらに装置の動作条件
が決定されることによって、シフトレジスターを構成す
るＣＣＤ１素子当りの備えるべき電位ウェルの容量、す
なわち電極面積が決められた場合、転送距離りはできる
限り小さい方が有利であることは前記（１）式から明ら
かである。
が決定されることによって、シフトレジスターを構成す
るＣＣＤ１素子当りの備えるべき電位ウェルの容量、す
なわち電極面積が決められた場合、転送距離りはできる
限り小さい方が有利であることは前記（１）式から明ら
かである。
−カシフトレジスターを構成するＣＣＩ）の各電極間に
ギャップが存在すると、シフトレジスターの転送効率が
著しく劣化するのでシフトレジスターの電極間ギャップ
はできる限り少くしなければならない。
ギャップが存在すると、シフトレジスターの転送効率が
著しく劣化するのでシフトレジスターの電極間ギャップ
はできる限り少くしなければならない。
第１図に示すような従来の固体撮像装置は、■素子の光
電変換素子に対応して各々１素子の電荷転送ゲートとＣ
ＣＤが設置された構造を有している。
電変換素子に対応して各々１素子の電荷転送ゲートとＣ
ＣＤが設置された構造を有している。
そのため、センサーアレイを構成する光電変換素子の素
子間隔とシフトレジスターを構成するＣＣＤ１素子の電
極長りの関係が相互に制限されるので、用途に応じた光
電゛変換素子の平面形状と、転送効率を考慮したシフト
レジスターとを独自に最適設計するための自由度は極め
て小さいものであった。
子間隔とシフトレジスターを構成するＣＣＤ１素子の電
極長りの関係が相互に制限されるので、用途に応じた光
電゛変換素子の平面形状と、転送効率を考慮したシフト
レジスターとを独自に最適設計するための自由度は極め
て小さいものであった。
特に光電変換素子が図中の横方向、すなわちシフトレジ
スターの転送方向に平行して細長い受光面を持つような
センサーアレイを必要とする場合にも、シフトレジスタ
ーの転送効率とのかねあいから、受光面の長さは成る程
度以上大きくできなかった。
スターの転送方向に平行して細長い受光面を持つような
センサーアレイを必要とする場合にも、シフトレジスタ
ーの転送効率とのかねあいから、受光面の長さは成る程
度以上大きくできなかった。
本発明は上記従来の固体撮像装置の有していた欠点を除
去して光電変換素子の平面形状の設計に関して自由度の
大きい固体撮像装置の構造を提供する。
去して光電変換素子の平面形状の設計に関して自由度の
大きい固体撮像装置の構造を提供する。
すなわち１素子の光電変換素子に対応して各々２素子以
上の電荷転送ゲート並びにＣＣＤを配置したことを特徴
とする固体撮像装置を提供するものである。
上の電荷転送ゲート並びにＣＣＤを配置したことを特徴
とする固体撮像装置を提供するものである。
以下図面を参照しながら本発明について説明する。
第２図は本発明の１番目の実施例を示す。
図中２１はｎ個の光電変換素子によって構成されるセン
サーアレイを示し、２２はセンサ一部からシフトレジス
タへの電荷転送ゲートを示し、２３はシフトレジスター
を示し、２４は入力回路を、２５は電荷検出素子を示す
。
サーアレイを示し、２２はセンサ一部からシフトレジス
タへの電荷転送ゲートを示し、２３はシフトレジスター
を示し、２４は入力回路を、２５は電荷検出素子を示す
。
図から明らかなように本実施例においては１素子の光電
変換素子に対応して各々２素子の電荷転送ゲート並びに
ＣＣＤが設置されている。
変換素子に対応して各々２素子の電荷転送ゲート並びに
ＣＣＤが設置されている。
従って第１図に示したと同様の電極長りを有するＣＣＤ
を用いた場合には光電変換素子は第１図の場合の２倍の
長さを転送方向に平行してとることが可能である。
を用いた場合には光電変換素子は第１図の場合の２倍の
長さを転送方向に平行してとることが可能である。
また第１図に示した従来のものと同じ光電変換素子に対
して２素子の電荷転送ゲートとＣＣＤを配置した場合、
ＣＣＤの電極長りは従来の素子の百にすることができる
。
して２素子の電荷転送ゲートとＣＣＤを配置した場合、
ＣＣＤの電極長りは従来の素子の百にすることができる
。
センサーアレイの長さを同一とした場合、第２図のシフ
トレジスターの転送段数は第１図の場合の２倍となるが
、１段当りの電荷転送の長さＬは百となり前記（１）式
によって示されるεの値は１／４となる。
トレジスターの転送段数は第１図の場合の２倍となるが
、１段当りの電荷転送の長さＬは百となり前記（１）式
によって示されるεの値は１／４となる。
一方転送回数をｎ回とした場合のシフトレジスター全体
の転送効率ηａｌｌを示す式４式％（２） のｎは２倍となる。
の転送効率ηａｌｌを示す式４式％（２） のｎは２倍となる。
このように第２図に示すような固体撮像装置に関しては
前記（１）式中のＬと２式中のｎが逆数関係になるが、
ηａｌｌに及ぼすＬとｎの影響については簡単な試算か
らＬを／ＪＳさくする方が有利であることは明らかであ
る。
前記（１）式中のＬと２式中のｎが逆数関係になるが、
ηａｌｌに及ぼすＬとｎの影響については簡単な試算か
らＬを／ＪＳさくする方が有利であることは明らかであ
る。
さらにこの効果はシフトレジスターの駆動周波数が高い
領域において、より顕著である。
領域において、より顕著である。
また本実施例においては１素子の光電変換素子からの電
荷が２素子のＣＣＤに分けられて転送されるので、信号
電荷はシフトレジスターからの出力２段分を合成して取
り出す必要があるが、このことは本発明の有効性を少し
も損うことはない。
荷が２素子のＣＣＤに分けられて転送されるので、信号
電荷はシフトレジスターからの出力２段分を合成して取
り出す必要があるが、このことは本発明の有効性を少し
も損うことはない。
以上述べたように本発明の実施により第１図に示すよう
な光電変換素子１素子に対応して１素子のＣＣＤの設置
された構造を有する従来の固体撮像装置では、シフトレ
ジスターの転送効率の著しい劣化を伴わずには不可能で
あったような光電変換素子の形状を実現することができ
る。
な光電変換素子１素子に対応して１素子のＣＣＤの設置
された構造を有する従来の固体撮像装置では、シフトレ
ジスターの転送効率の著しい劣化を伴わずには不可能で
あったような光電変換素子の形状を実現することができ
る。
第３図は本発明の２番目の実施例を示す。
図中３１．３２，３３，３４．３５は各々第２図の２１
．２２，２３，２４．２５に対応する。
．２２，２３，２４．２５に対応する。
本実施例は１素子の光電変換素子に蓄積された電荷を上
下の２個のシフトレジスターにふり分けて転送する方式
である。
下の２個のシフトレジスターにふり分けて転送する方式
である。
図から明らかなように本実施例では前記（１）式中のＬ
、（２）式中のｎとともに第１図の従来のものと変化し
ていない。
、（２）式中のｎとともに第１図の従来のものと変化し
ていない。
しかしながら１素子の光電変換素子の電荷を２素子のＣ
ＣＤにふり分けて転送するのでシフトレジスターを構成
するＣＣＤ１素子当りの容量は第１図のものに比較して
１／２にすることができる。
ＣＤにふり分けて転送するのでシフトレジスターを構成
するＣＣＤ１素子当りの容量は第１図のものに比較して
１／２にすることができる。
従ってシフトレジスターの電極面積を減少させることが
でき、電極の容量が小さくなる。
でき、電極の容量が小さくなる。
この効果はシフトレジスターの駆動回路側から見た場合
負荷の減少になり、同時にシフトレジスターＯＣＲ定数
をも減少するのでシフトレジスターの転送スピードを増
加させることができる。
負荷の減少になり、同時にシフトレジスターＯＣＲ定数
をも減少するのでシフトレジスターの転送スピードを増
加させることができる。
さらにこの効果はシフトレジスターの転送段数が多くな
る程顕著であることは明らかである。
る程顕著であることは明らかである。
以上に述べた各実施例から明ら。かなように本発明の実
施により、従来の固体撮像装置においては、シフトレジ
スターの転送効率の劣化を伴わないでは不可能であった
ような光電変換素子の平面形状の実現が可能となり、さ
らに転送スピードの増加も可能となる。
施により、従来の固体撮像装置においては、シフトレジ
スターの転送効率の劣化を伴わないでは不可能であった
ような光電変換素子の平面形状の実現が可能となり、さ
らに転送スピードの増加も可能となる。
尚本発明の詳細な説明の中で固体撮像装置の特定の構成
について記述したが本発明は特許請求の範囲に述べたよ
うに光電変換素子に対応した電荷転送ゲート並びにシフ
トレジスターを構成するＣＣＤの設置に関して規定する
ものでありその他の記載は本発明を限定するものではな
いことは明らかである。
について記述したが本発明は特許請求の範囲に述べたよ
うに光電変換素子に対応した電荷転送ゲート並びにシフ
トレジスターを構成するＣＣＤの設置に関して規定する
ものでありその他の記載は本発明を限定するものではな
いことは明らかである。
第１図は従来の固体撮像装置の１例を示し、第２図およ
び第３図は本発明の実施による固体撮像装置の一例を示
す。 図中１１．２１．３１はセンサーアレイ、１２゜２２．
３２は電荷転送ゲート、１３，２３．３３はシフトレジ
スター、１４，２４．３４は入力回路、１５，２５．３
５は電荷検出素子を示し、φ１゜φ２はシフトレジスタ
ーの、φ３は電荷転送ケートのクロックラインを示す。
び第３図は本発明の実施による固体撮像装置の一例を示
す。 図中１１．２１．３１はセンサーアレイ、１２゜２２．
３２は電荷転送ゲート、１３，２３．３３はシフトレジ
スター、１４，２４．３４は入力回路、１５，２５．３
５は電荷検出素子を示し、φ１゜φ２はシフトレジスタ
ーの、φ３は電荷転送ケートのクロックラインを示す。
Claims (1)
- １ 同一半導体基板上に形成された光電変換素子アレイ
、電荷転送ゲート、電荷蓄積転送電極アレイ並びに電荷
検出素子とによって構成される固体撮像装置において、
１素子の光電変換素子に対応して、各々２素子以上の電
荷転送ゲートと電荷蓄積転送電極を設置した構造を有す
ることを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50094576A JPS5820504B2 (ja) | 1975-08-01 | 1975-08-01 | コタイサツゾウソウチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50094576A JPS5820504B2 (ja) | 1975-08-01 | 1975-08-01 | コタイサツゾウソウチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5218125A JPS5218125A (en) | 1977-02-10 |
| JPS5820504B2 true JPS5820504B2 (ja) | 1983-04-23 |
Family
ID=14114105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50094576A Expired JPS5820504B2 (ja) | 1975-08-01 | 1975-08-01 | コタイサツゾウソウチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5820504B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5821980A (ja) * | 1981-07-31 | 1983-02-09 | Fujitsu Ltd | 固体撮像装置 |
| JPS59123372A (ja) * | 1982-12-29 | 1984-07-17 | Fujitsu Ltd | 固体撮像装置 |
| US5585652A (en) * | 1994-10-25 | 1996-12-17 | Dalsa, Inc. | Method and apparatus for real-time background illumination subtraction |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4847215A (ja) * | 1971-10-15 | 1973-07-05 |
-
1975
- 1975-08-01 JP JP50094576A patent/JPS5820504B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4847215A (ja) * | 1971-10-15 | 1973-07-05 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5218125A (en) | 1977-02-10 |
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